Основные компоненты компьютерной сети

С технической точки зрения сеть – это система для передачи информации, состоящая из множества терминалов и коммуникационной среды.

Терминалы (рабочие станции) – это конечные устройства, которые являются источником или получателем информации (от другого терминала). Слово терминал означает конечный, то есть устройства стоят на концах сети.

Коммуникационная среда служит для передачи информации между терминалами. Состоит из каналов и, в общем случае узлов.

Канал связи – совокупность устройств, осуществляющих передачу информации на большие расстояния. Если сигналы, поступающие на вход канала и снимающиеся с его выхода, являются дискретными, то канал называется дискретным, или цифровым. Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными, то канал называется непрерывным, или аналоговым.

Существует множество типов каналов связи. В зависимости от назначения телекоммуникационной системы, они делятся на телефонные, телеграфные, факсимильные, передачи данных, телевизионные, звукового вещания и др. В зависимости от среды распространения сигналов между терминалами, выделяют: радиоканалы, каналы проводной и оптоволоконной связи и др. Различаются они и по диапазону используемых частот.

Узлы – промежуточные устройства, в которых сходятся каналы ( как минимум три ) сети передачи информации. Они играют роль диспетчеров, позволяя более полно и оптимально использовать каналы. Узлы коммутируют каналы, сообщения, временно хранят сообщения.

С появлением мощных компактных рабочих станций и развитием технологии локальных сетей возникло понятие сервера. Тогда же появилась возможность и необходимость распределения вычислительных ресурсов между узлами сети. А тот узел, который представляет какой-либо ресурс другим узлам, назвали сервером данного ресурса (файл-сервер, принт-сервер и т.д.). Отсюда видно, что сервер сети – это понятие логическое. Конструктивно он может не отличаться от других узлов, хотя его предназначение влияет на его конфигурацию. Компьютер, использующий ресурсы сервера, называется клиентом.

Наличие серверов позволяет экономить дисковое пространство для хранения информации и время его обработки. Например, достаточно установить один экземпляр программного пакета на файл-сервер вместо того, чтобы ставить его на нескольких рабочих станциях.

Таким образом, компьютеры, объединенные сетью, называют рабочими станциями и серверами. Рабочими станциями (рабочими местами, терминалами) называют компьютеры, за которыми непосредственно работают пользователи. Компьютер, выполняющий общие задачи называется сервером. Сервером может быть рабочая станция, сконфигурированная соответствующим образом, либо специально предназначенная для этого вычислительная установка.

Все сети делятся на две группы: с выделенным файл-сервером или без него. В сети без выделенного файл-сервера каждый компьютер может выступать в роли и клиента и сервера, а в сети с выделенным файл-сервером один компьютер полностью выделяется для хранения и пересылки данных и не может быть использован как рабочая станция. Выделенный файл-сервер часто может не иметь монитора и клавиатуры, а управлять его работой можно с любого компьютера рабочей станции.

Исторически сложилось так, что в мире компьютерных сетей нет единообразия. Сети разрабатывали разные организации, ориентируя их на определенную вычислительную и коммуникационную технику, на разные группы пользователей, различные классы задач и сферы применения. При этом, одной из важных задач была необходимость заставить работать согласованно различные компоненты сложной компьютерной сети. В разных сетях проблема согласованного взаимодействия решалась по-разному – в рамках так называемых протоколов. Протокол – это система соглашений, касающихся различных аспектов информационного обмена взаимодействующих объектов. Понятие протокола охватывает правила и процедуры, алгоритмы и требования, определяющие порядок взаимодействия на всех уровнях компьютерных сетей. Другими словами, протокол – это набор правил, который полностью определяет все параметры обмена данными между компьютерами: от скорости передачи данных до методов адресации при транспортировке сообщений Э то набор правил, который объясняет, каким образом разные пользователи (сетевые станции) будут совместно эксплуатировать общую среду передачи (физический канал) для обмена сообщениями. Протоколы задают способы передачи сообщений и обработки ошибок в сети, а также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к конкретной аппаратной платформе.

В настоящее время существует значительное количество различных сетей, действующих в соответствии с различными протоколами и системами протоколов. И соответственно этому, сети различаются, прежде всего, принятыми при их построении протоколами. Связь сетей с различными протоколами осуществляется узловыми станциями, так называемыми шлюзами. Их задача – осуществление всех необходимых преобразований для обеспечения межсетевого взаимодействия. Шлюз – это специальный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями, для которых невозможна передача информации стандартными средствами. Шлюз преобразует данные и протоколы их передачи к единому стандарту. Обычно он реализуется на базе некоторого узлового компьютера. Использование шлюзов расширяет возможности абонентов сети.

К настоящему времени стандартизированы три основных сетевых протокола, соответствующих трем вариантам организации многопользовательского доступа к передающей среде: соперничество, маркерная машина, маркерное кольцо.

Соперничество, когда сетевая станция прослушивает канал и, если он свободен, осуществляется передача; если же он занят, то через некоторое время происходит повторное обращение.

Маркерная шина, когда в среде постоянно циркулирует специальный пакет–маркер, и та станция, которая в конкретный момент обладает этим маркером, имеет право на передачу.

Маркерное кольцо, когда маркер передается по кругу. В этом случае, если один из компьютеров вышел из строя, то не работает вся сеть.

Чтобы в сети могли функционировать различные компьютеры, надо разработать единые правила обмена информации, то есть протоколы и единые требования к структуризации компьютерной сети. Эти функции выполняют следующие организации:

· МККТТ – международный консультационный комитет по телефонии и телеграфии;

· IEEE – институт инженеров, электриков и электронщиков;

· ISO – международная организация по стандартизации.

С момента построения первых сетей было предпринято немало усилий по стандартизации информационного взаимодействия. Основное достижение в этой области – концепция Взаимодействия Открытых Систем (BOC), являющаяся основой обеспечения совместимости разнородных компонентов при объединении их в сеть. В рамках этой концепции, Международной организацией стандартов (ISO) была принята семиуровневая эталонная модель (Seven Layer Reference Model) – модель протоколов передачи данных с целью решения проблемы взаимодействия систем с различными видами вычислительного оборудования и различными стандартами протоколов. Эта модель пока еще не реализована в виде законченного множества протоколов для всех уровней. В действительности для каждого уровня потребуется реализовать целый набор протоколов. Идея семиуровневого открытого соединения состоит не в попытке создания универсального множества протоколов связи, а в обеспечении «модели», в рамках которой могут быть использованы уже имеющиеся протоколы в их современном виде.

Эталонная логическая модель включает семь уровней со строго определенными их задачами:

Первый – физический: передача цифровых данных через физический носитель.

Второй – уровень канала связи: обеспечение надежности передачи на участке цепи.

Третий – сетевой уровень: конфигурация носителей информации при соединении участков сети.

Четвертый – уровень приема-передачи: обеспечение надежности обмена информацией между конечными пользователями.

Пятый – уровень обмена: организация и синхронизация диалога, процесс обмена информации.

Шестой – уровень представления: преобразование информации, настройка задач на операционную среду.

Седьмой уровень – уровень прикладных программ: программы пользователя; обслуживание бесперебойной работы и стандартизация оборудования.

В настоящее время большинство организаций-разработчиков сетей придерживаются подобных протоколов.

Рассмотрим пример простейшей сети (рис.1).

Канал связи

ЭВМ1 ЭВМ2

Приложение Устройство Устройство Приложение

конечного сопряжения 1 сопряжения 2 конечного

пользователя 1 пользователя 2

Рис. 1. Компоненты сетей ЭВМ

На рисунке приведена простейшая сеть, состоящая из двух машин: ЭВМ1 и ЭВМ2. Каждая из них выполняет (обрабатывает) некоторое приложение конечного пользователя. В качестве приложения может выступать программа, пакет программ или файл данных. Можно для простоты считать, что некоторая программа ЭВМ1 обращается, например, к некоторому файлу ЭВМ2 или наоборот. В данном случае функция сети – связать ЭВМ1 и ЭВМ2 (или наоборот). Основное средство связи – канал – кабель, проводная связь и т.д.

Кроме того, на рисунке показаны блоки устройства сопряжения ЭВМ с каналом связи. Назначение такого блока обеспечить интерфейс (стык) ЭВМ с сетью. Примером их может служить модем. Тип устройства зависит от вида связи. Работа любого сопряжения реализуется в соответствии с некоторым протоколом. Для каждого вида интерфейса существует свой протокол.

Вопросы для самоконтроля

1. Понятие терминала, коммуникационной среды.

2. Понятие сервера и клиента.

3. Понятие протокола.

4. Эталонная семиуровневая логическая модель протокола.

5. Пример простейшей сети (схема).